ES2236720T3 - Produccion semicontinua de espumas polimeras en estado solido. - Google Patents

Produccion semicontinua de espumas polimeras en estado solido.

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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA LA PRODUCCION SEMICONTINUA DE ARTICULOS DE ESPUMA MICROCELULAR. EN UNA REALIZACION PREFERIDA, UN ROLLO DE LAMINA POLIMERICA ESTA PROVISTO DE UN MEDIO DE CANALIZACION DE GAS INTERCALADO ENTRE LAS CAPAS DE POLIMERO. EL ROLLO SE EXPONE A UN GAS NO REACTIVO A PRESION ELEVADA DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO SUFICIENTE PARA CONSEGUIR UNA CONCENTRACION DESEADA DE GAS DENTRO DEL POLIMERO. LA LAMINA POLIMERICA SATURADA SE SEPARA DESPUES DEL MEDIO DE CANALIZACION DE GAS Y SE INICIAN LA NUCLEACION Y EL CRECIMIENTO DE LAS BURBUJAS POR CALENTAMIENTO DE LA LAMINA POLIMERICA. TRAS LA ESPUMACION, SE DETIENEN LA NUCLEACION Y EL CRECIMIENTO DE LAS BURBUJAS ENFRIANDO LA LAMINA POLIMERICA ESPUMADA.

Description

Producción semicontinua de espumas polímeras en estado sólido.
Campo técnico de la invención
Esta invención se refiere generalmente a procedimientos, aparatos y productos para la producción de artículos de polímeros espumados, y más particularmente a procedimientos para la producción semicontinua de tales materiales. Los polímeros espumados pueden ser de microceldillas, con un tamaño medio de burbujas comprendido en el intervalo 2-25 \mum, o presentan unos tamaños de burbujas que son menores o mayores que las espumas de microceldillas. Los polímeros espumados normalmente son materiales de celdas cerradas, no porosos.
Antecedentes de la invención
Los polímeros espumados en estado sólido generalmente son espumas plásticas de celdas cerradas que contienen un gran número de celdas o burbujas muy pequeñas. Típicamente, dichas espumas presentan una densidad de burbujas mayor que 10^{8} celdas por cm^{3}, con diámetros de burbujas del orden de 10 \mum. Comparados con los polímeros sólidos convencionales, los polímeros espumados en estado sólido ofrecen la posibilidad de una reducción del 20-80% en el material usado, mientras se mantienen las propiedades mecánicas esenciales del polímero a niveles relativamente elevados. A su vez, esto ofrece ahorros significativos en costes de material y de transporte. Dichos polímeros de peso ligero resultan particularmente útiles para aplicaciones en las que el peso es un factor crítico, por ejemplo en aeronaves. Además, los datos preliminares sugieren que los polímeros de microceldillas poseen una tenacidad y una resistencia a la fatiga mejoradas. Esto se puede explicar por el simple hecho de que estas espumas derivan de un polímero en el estado sólido plástico, opuesto al estado fundido. Cuando un polímero amorfo se estira a su temperatura de transición vítrea, o ligeramente por encima de ella, el polímero estirado resultante se orienta hasta el grado en el que es estirado. Por lo tanto, las espumas en estado sólido muestran unas paredes de celdas del polímero en el estado orientado.
Los polímeros espumados que derivan del estado fundido tienen paredes de celdas que están en el estado no orientado. Las paredes de celdas no orientadas, derivadas del estado fundido, y las paredes de celdas orientadas, derivadas del estado sólido, tienen propiedades análogas a películas sopladas en caliente o no orientadas y a películas orientadas, respectivamente. Las películas sopladas en caliente muestran una baja resistencia a la tracción, un alargamiento elevado, una contracción y una fuerza de contracción pequeñas, y una mala vida de flexión. Por otro lado, las películas orientadas muestran una elevada resistencia a la tracción, un bajo alargamiento, una elevada contracción y fuerza de contracción, y una vida de flexión prolongada.
A partir de esta analogía se puede observar que las espumas derivadas del estado sólido son únicas y diferentes de las espumas derivadas del estado fundido. Por tanto, no es sorprendente que las propiedades tales como tenacidad y resistencia a la fatiga sean bastante diferentes de las de las espumas derivadas del estado fundido.
Es conocido que los polímeros de microceldillas se pueden producir mediante un procedimiento por lotes de dos etapas en el que primero se expone un polímero sólido a un gas no reactivo, tal como dióxido de carbono o nitrógeno, a presión elevada durante un período de tiempo suficiente para lograr una concentración del gas en el polímero que sea suficiente para permitir la nucleación de burbujas. La concentración mínima de gas requerida para la nucleación de burbujas varía con el sistema de gas/polímero. Por ejemplo, con policarbonato y dióxido de carbono se puede formar una espuma empleando entre 20 y 120 mg de dióxido de carbono por gramo de policarbonato. Una concentración más elevada de gas conduce a una nucleación de un número mayor de burbujas, lo que da como resultado un tamaño pequeño de burbujas en la espuma. La concentración de gas puede ser uniforme o no uniforme. La uniformidad de la concentración conduce a una estructura de burbujas más homogénea.
Después de la exposición al gas, el polímero se devuelve subsiguientemente a una presión normal, produciendo una muestra sobresaturada, y se calienta hasta la temperatura de espumación, la cual es mayor que la temperatura de transición vítrea del polímero saturado de gas, provocando de ese modo que nucleen un gran número de burbujas en el polímero. El polímero se mantiene a la temperatura de espumación durante un período de tiempo suficiente para lograr una espuma de la densidad deseada, y después se enfría para paralizar la nucleación y el crecimiento de burbujas.
El tamaño medio de las burbujas está gobernado, en parte, por el número de burbujas que nuclean, el cual está incluido, a su vez, por la concentración de gas en el polímero. La densidad del polímero de microceldillas se puede controlar variando la presión de saturación del gas, el tiempo de espumación y la temperatura de espumación.
Usando este procedimiento, se han producido con éxito espumas de microceldillas a partir de muchos polímeros amorfos diferentes, tales como poli(cloruro de vinilo) (PVC), policarbonato, poliestireno y copolímero de ABS. Por ejemplo, la Patente U.S. nº 4.473.665 da a conocer la producción de poliestireno de microceldillas mediante saturación con nitrógeno. Para un repaso de los avances recientes en el campo de polímeros de microceldillas véase Kumar, V. (1993) Progress in Rubber and Plastics Technology, Vol. 9, págs. 54-70.
Aunque los procedimientos para la producción de bloques discretos, o secciones, de polímero de microceldillas son bien conocidos en la técnica, los intentos de producir láminas o tiras continuas de estos materiales, usando el procedimiento de dos etapas descrito anteriormente, no han tenido éxito. La saturación de láminas de polímeros enrolladas, con gas no reactivo, es ineficaz, siendo absorbido el gas sólo en las superficies expuestas del rollo. Al someter a temperaturas elevadas al rollo tratado con gas, se produce la espumación sólo en la periferia de la lámina de polímero.
Los procedimientos actuales para la producción continua de láminas de polímeros de microceldillas consisten en extruir a través de una matriz un polímero fundido que contiene un agente espumante, y hacer pasar el polímero extruido a través de un par de rodillos enfriados (véase, por ejemplo, la Patente U.S. nº 4.456.571). Park y Suh han producido filamentos continuos de microceldillas saturando un polímero fundido con un gas a una temperatura y presión específicas antes de iniciar la nucleación de burbujas mediante la elevación de la temperatura del polímero a la vez que mantienen la presión del gas al nivel usado para la saturación (Park, C. y Suh, N.P., "Extrusion of a Microcellular Filament", Cellular Polymers, V. Kumar y S.G. Advani, editores; MD Vol. 38, ASME, 1992, p. 69).
La Patente U.S. nº 4.761.256, de Hardenbrook et al., da a conocer un procedimiento para la producción continua de un material plástico de microceldillas, en forma de banda, con una piel lisa sin modificar integral, en el que se suministra de forma continua una banda plástica impregnada de gas a un dispositivo de desgasificación. La banda plástica impregnada de gas se produce mediante extrusión a través de matriz, a una presión suficientemente elevada para evitar la nucleación de burbujas, o se produce moviendo por tracción, de forma continua, una banda no impregnada a través de una cámara a presión que contiene un gas inerte. Esta última técnica es práctica sólo para bandas relativamente delgadas, y necesariamente requerirá una cámara de presión muy grande y cierres dinámicos complejos a fin de lograr suficiente concentración de gas en el polímero.
De este modo, continúa existiendo la necesidad en la técnica de un procedimiento simple, eficaz y barato para la producción continua o semicontinua de artículos, láminas o filamentos de polímeros de microceldillas.
Sumario de la invención
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un aparato para la producción semicontinua de artículos, láminas o filamentos de polímeros de microceldillas, así como polímeros espumados en los que el tamaño medio de las burbujas está fuera del intervalo de 2 a 25 \mum (menor que 2 \mum o mayor que 25 \mum), que se considera tradicionalmente como una espuma de microceldillas.
Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un procedimiento para producir artículos, láminas o filamentos de polímeros de microceldillas según un coste mínimo.
Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar tal procedimiento que se puede realizar de forma simple y con gases de soplado habitualmente disponibles, con el uso opcional de agentes nucleantes. Se pueden emplear el carbonato de calcio y otros agentes nucleantes conocidos.
Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar dicho procedimiento que emplea gases inertes que no son dañinos desde el punto de vista medioambiental.
Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar artículos, láminas o filamentos de polímeros espumados derivados del procedimiento anterior, y artículos, láminas o filamentos espumados que tienen paredes de celdas de polímero en la condición orientada.
Estos y otros objetivos se alcanzan según la presente invención proporcionando unos medios de exposición o de canalización de gas interpuestos o situados entre las capas de un artículo, lámina o filamento de polímero.
Según un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para espumar materiales poliméricos, que comprende las etapas de:
(a) intercalar un artículo de material polimérico con unos medios de canalización de gas;
(b) exponer al artículo intercalado, a presión elevada, a un gas no reactivo, que es soluble en el polímero, durante un tiempo suficiente para lograr una concentración deseada de gas en el polímero, formando de este modo un artículo polímero expuesto que está al menos parcialmente saturado de gas;
(c) separar el artículo de polímero expuesto de los medios de canalización de gas intercalados; y
(d) calentar suficientemente al artículo de polímero expuesto para iniciar la nucleación de las burbujas y para lograr el crecimiento deseado de burbujas.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un aparato para espumar materiales polímeros, que comprende:
(a) unos medios de canalización de gas que se intercalan entre las capas de un artículo de polímero, para formar un artículo intercalado;
(b) unos medios para saturar el artículo intercalado con un gas no reactivo que es soluble en el polímero;
(c) unos medios para calentar el polímero para iniciar la nucleación de burbujas y el crecimiento de burbujas;
(d) unos medios para enfriar el polímero para terminar la nucleación de burbujas y el crecimiento de burbujas;
(e) unos medios para montar el artículo intercalado saturado en la proximidad de los medios de calentamiento y de enfriamiento;
(f) unos medios para separar el artículo de polímero de los medios de canalización de gas intercalados;
(g) unos medios para mover por tracción al artículo de polímero separado a través de los medios de calentamiento y de enfriamiento; y
(h) unos medios para someter a tensión el artículo de polímero antes de moverlo por tracción a través de los medios de calentamiento y de enfriamiento.
Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona una estructura polímera que comprende:
(a) una pluralidad de artículos polímeros espumables conformados;
(b) unos medios de canalización de gas intercalados entre dichos artículos polímeros, estando dichos artículos polímeros al menos parcialmente saturados con un gas a presión elevada, no teniendo lugar ninguna nucleación de burbujas en el material polímero.
Los medios de canalización o de exposición del gas comprenden preferentemente una capa de material flexible, permeable a gases, tal como una gasa, una hoja de papel poroso, un material no tejido, o un material en partículas, tal como almidón de maíz. Se ha encontrado que el uso del material que expone el gas facilita la permeación del gas en el cuerpo del artículo, lámina o filamento, permitiendo que el gas entre en la superficie del polímero y reduciendo de ese modo el tiempo de la difusión gaseosa en el artículo polímero.
En una forma de realización preferida de la presente invención, se coloca una lámina de polímero sólido sobre una lámina de material permeable a gas, y las dos capas de material se enrollan para formar un rollo que consiste en capas de polímero intercaladas con material permeable a gas. El rollo de polímero intercalado y material permeable a gas se puede espumar entonces con éxito usando el siguiente procedimiento.
El rollo intercalado se satura a presión elevada con un gas no reactivo que es soluble en el polímero, durante un tiempo suficiente para lograr una concentración deseada de gas en el polímero. Después de volver a la presión normal, la lámina de polímero se desenrolla gradualmente, se separa del material permeable a gas, y se hace pasar por tracción a través de una estación de calentamiento durante un tiempo suficiente para lograr la densidad deseada de la espuma. Dicha estación de calentamiento puede ser un baño líquido caliente, por ejemplo un baño de agua caliente, un gas o gases calientes, un calefactor radiante, u otros medios, en los que el polímero saturado se calienta hasta la temperatura de espumación para iniciar la nucleación y crecimiento de las burbujas. Después de hacerlo pasar a través de la estación de calentamiento, el polímero se enfría, por ejemplo haciéndolo pasar por tracción a través de un baño de agua fría, para paralizar la nucleación y crecimiento de burbujas. A fin de evitar que la lámina espumada se arrugue, el polímero se mantiene en tensión mientras se hace pasar por tracción a través de las estaciones de calentamiento y enfriamiento.
Preferentemente, los medios de tracción comprenden dos rodillos que enganchan el extremo del artículo de polímero, y que giran en direcciones opuestas.
La cantidad de crecimiento de burbujas, y por lo tanto la densidad de la espuma resultante, se controla variando la temperatura de la estación de calentamiento y/o la velocidad a la que la lámina se mueve a través de la etapa de calentamiento y de enfriamiento del procedimiento. Preferentemente, la nucleación y el crecimiento de burbujas se inician calentando al artículo de polímero expuesto hasta una temperatura en el intervalo de alrededor de 80ºC hasta alrededor de 200ºC. Los polímeros amorfos o semicristalinos con un máximo de alrededor de 30% de cristalinidad, que se han paralizado en el estado amorfo, y que se han espumado mediante el procedimiento por lotes de dos etapas descrito anteriormente, también se pueden tratar con éxito usando la presente invención. Estos incluyen, por ejemplo, poliestireno, PVC, PMMA, policarbonato, copolímeros de ABS, y poli(tereftalato de etileno) (PET). Como se usa aquí, la expresión "gas no reactivo" se refiere a un gas que no reacciona con el polímero que se espuma. Los gases que se pueden emplear útilmente en la presente invención incluyen nitrógeno, dióxido de carbono, aire y argón.
Se puede montar un conjunto de artículos polímeros conformados, separados entre sí mediante los medios de canalización de gas intercalados, de forma que se puedan mover fácilmente hacia dentro y hacia fuera de una cámara de presión. El conjunto puede ser preferentemente un rollo de material polímero en lámina en el que se intercala una hoja de papel porosa entre las superficies de la lámina polímera de forma que las superficies del material en lámina enrollado estarán expuestas al gas en una cámara de presión. El conjunto también puede comprender un apilamiento de láminas polímeras con material en partículas, de papel poroso, o material de malla o no tejido que separa a las láminas polímeras. También se pueden usar conjuntos plegados, con festones, o soportados por postigos.
La presente invención proporciona una manera simple y eficaz para formar láminas semicontinuas de microceldillas de muchos polímeros diferentes, a un coste mínimo. Los gases de soplado empleados son baratos, no peligrosos, y fácilmente disponibles.
Las características adicionales mencionadas anteriormente de la presente invención, y la manera de obtenerlas, se entenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción más detallada.
Descripción detallada de la invención
Según la presente invención, se producen láminas o tiras semicontinuas de polímeros de microceldillas formando primero un rollo de lámina de polímero sólido con unos medios de canalización de gas intercalados entre las capas de polímero. Los medios de canalización de gas consisten preferentemente en una capa de material flexible permeable a gas. Aunque la hoja de papel poroso es un material preferido, también se pueden emplear con éxito en la presente invención otros materiales permeables a gas, tales como material en partículas, gasa, malla, y telas tejidas y no tejidas. Los polímeros que se pueden espumar con éxito usando la presente invención incluyen poliestireno, PVC, policarbonato, ABS, polisulfona, copolímero de estireno-butadieno, poliamidas, PMMA, y PET. En general, la clase de polímeros amorfos vítreos, con temperaturas de transición vítrea por encima de la temperatura ambiente, son adecuados para la presente invención.
El rollo de la lámina de polímero y del material de canalización de gas se expone a presión elevada a un gas no reactivo que es soluble en el polímero, durante un tiempo suficiente para lograr una concentración deseada de gas en el polímero. Esta etapa generalmente se lleva a cabo a temperatura ambiente (aproximadamente 21ºC), aunque se puede emplear una mayor temperatura para acelerar la difusión del gas en el polímero. La presión se puede variar por encima de la presión de suministro al tanque, con bombas compresoras. Por ejemplo, el intervalo preferido, cuando se emplea CO_{2}, es alrededor de 0,34 hasta 6,55 MPa (50 a 950 psi) de la presión del tanque. Esta se puede incrementar hasta alrededor de 6,89 MPa (1000 psi) con una bomba compresora adecuada. Se piensa que es utilizable una presión tan elevada como 9,65 MPa (1400 psi). La presión real escogida dependerá de la densidad final de la espuma y del tamaño medio de las burbujas deseados. El gas preferido puede depender del polímero tratado. Por ejemplo, el dióxido de carbono es el gas preferido para uso en la espumación de PET, PVC y de policarbonato, mientras que el nitrógeno es el gas preferido para uso en la espumación de poliestireno. La cantidad de tiempo durante el cual el rollo de polímero se expone al gas varía con el espesor de la lámina de polímero sólido, con el sistema de polímero-gas específico, con la presión de saturación, y con la velocidad de difusión en el polímero; y generalmente se determina de forma experimental. Sin embargo, típicamente se emplean períodos entre 3 y 100 horas. Por ejemplo, cuando se satura una lámina de 0,51 mm (0,020 pulgadas) de espesor de PET con CO_{2}, se prefiere un tiempo de saturación entre alrededor de 15 hasta 30 horas.
Tras la saturación del rollo de polímero y material permeable a gas, el rollo se devuelve a la presión normal y se monta próximo a una estación de calentamiento, tal como un baño de agua caliente o de glicerina mantenido por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero saturado con gas. La lámina de polímero saturado se desenrolla gradualmente, se separa del material permeable a gas, y se calienta haciéndolo pasar por tracción bajo tensión a través de la estación de calentamiento. La lámina de polímero se espuma de ese modo de manera continua. Después de hacerla pasar a través de la estación de calentamiento, la lámina de polímero se hace pasar por tracción a través de una estación de enfriamiento, tal como un baño de agua fría, un conjunto de rodillos enfriados, o simplemente aire, para enfriar el polímero y detener la nucleación y crecimiento de burbujas. La temperatura de la estación de calentamiento, así como la velocidad a la que se hace pasar por tracción a la lámina de polímero a través de las estaciones de calentamiento y de enfriamiento, se puede variar para proporcionar a las láminas un tamaño y una densidad variables de burbujas.
El procedimiento descrito en la presente memoria convierte un rollo de lámina de polímero de una longitud finita en un rollo de lámina espumada. La longitud de la lámina de polímero sólido que se puede procesar depende del sistema polímero-gas. Una vez que el rollo de polímero (permeado con unos medios de canalización de gas, tales como una hoja de papel poroso) se ha expuesto al gas y se saca a presión atmosférica desde la vasija a presión, el gas comienza a abandonar la lámina de polímero. De este modo el rollo se debe procesar pronto en una espuma, dentro de cierta "ventana de procesabilidad", para evitar la pérdida excesiva de gas desde el polímero, lo que puede dar como resultado una variación indeseable en la densidad de la espuma producida. De este modo, para obtener láminas espumadas con una densidad consistente, sólo se puede procesar cada vez una longitud finita de la lámina de polímero sólido. Por esta razón, el procedimiento de la presente invención se ha denominado como procedimiento "semicontinuo". Sin embargo, la naturaleza semicontinua del procedimiento no limita en principio la velocidad de producción de las láminas espumadas. Se pueden hacer funcionar en paralelo un número suficiente de líneas semicontinuas para satisfacer cualquiera de los requisitos de velocidad de producción.
Ejemplo 1
Se colocó una tira de película de PET Kodapak 9921, que mide 5,18 m de largo (17 pies), 76,2 mm de ancho ( 3 pulg.) y 0,51 mm de espesor (0,020 pulg.), sobre una tira de toallita de papel que tiene dimensiones similares. La tira de PET-toallita de papel resultante se enrolló a continuación sobre un núcleo tubular para formar un rollo que presenta capas alternas de PET y de toallita de papel. Este rollo se colocó en una vasija a presión y se expuso a dióxido de carbono a una presión de 4,83 MPa (700 psi) durante 24 horas.
Tras la saturación con dióxido de carbono, el rollo de PET-toallita de papel se retiró de la vasija a presión, se montó en un huso, y se suspendió por encima de un baño de agua calienta mantenido a 90ºC. El extremo de la tira de PET saturado se desenrolló gradualmente del rollo, se separó de la toallita de papel, y se mantuvo en tensión haciéndola pasar a través de una abrazadera de muelle. Se inició la nucleación de burbujas, y la tira de PET se espumó moviendo a la tira por tracción a través del baño de agua caliente. El crecimiento de burbujas se paralizó después moviendo a la tira por tracción a través de un baño de agua fría mantenido a 0ºC. La tira de PET se hizo mover continuamente por tracción a través de los dos baños de agua a una velocidad de aproximadamente 10 cm/s atrapando a la tira entre dos rodillos que giran en direcciones opuestas.
La tira de PET saturado comenzó a espumarse inmediatamente al entrar en el baño de agua caliente, según se indica mediante un cambio en la transparencia de la lámina, de clara a opaca. Toda la superficie de la tira de PET se puso opaca a los 5 segundos de entrar en el baño, indicando que el dióxido de carbono había permeado a través del cuerpo del rollo de PET-toallita de papel, y había saturado completamente al rollo. La tira espumada era plana y lisa, con bordes uniformes, y presentó una longitud final de 7,31 m (24 pies), una anchura de 114,3 mm (4,5 pulg.) y un espesor de 0,76 mm (0,030 pulg.). La densidad relativa de la espuma fue 0,3, comparada con la densidad relativa de PET sólido de 1,3.
Ejemplos comparativos
Se colocó una tira de película de PET, de 5,18 m (17 pies) de longitud, 76,2 mm (3 pulg.) de anchura y 0,51 mm (0,020 pulg.) de espesor, sobre una tira de toallita de papel que tiene dimensiones similares. La tira de PET-toallita de papel resultante se bobinó para formar un rollo que tiene capas alternas de PET y de toallita de papel, y se saturó con dióxido de carbono como se describe en el Ejemplo 1.
Tras la saturación con dióxido de carbono, el rollo de PET-toallita de papel se retiró de la vasija a presión, y se espumó colocándolo en un baño de agua caliente mantenido a una temperatura ligeramente por debajo de 100ºC, durante 10 minutos. La nucleación y el crecimiento de burbujas se paralizó colocando al rollo en un baño de agua fría mantenido a 0ºC, durante 5 minutos. Al desenrollar el rollo, se encontró que la espumación se había producido de una manera muy desigual, produciéndose más espumación sobre las superficies externas del rollo de polímero y menos en el centro. Se encontró que el rollo de polímero espumado tuvo un aspecto ondulado o arrugado.
Se procesó otra tira de PET como en el Ejemplo 1, excepto que la tira no se intercaló con unos medios de canalización o difusión de gas. Fue imposible espumar esta tira.
Ejemplo 2
Se sometió a presión a un rollo de PET 5000, de 609,6 mm (24 pulg.) de ancho x 0,51 mm (0,020 pulg.) de espesor x 60,96 m (200 pies) de longitud, a 5,17-5,52 MPa (750-800 psi). El material se espumó hasta 0,74 mm (0,029 pulg.) de espesor x 812,8 mm (32 pulg.) de anchura. La velocidad de espumación fue 18,29 m/min (60 pies/min) en agua caliente (96ºC), y la velocidad de salida fue 27,4 m/min (90 pies/min).
Ejemplo 3
Se utilizaron condiciones similares a las del Ejemplo 2 para un rodillo de PET 6000 que se expandió hasta una extensión comparable. Las densidades relativas del material resultante fueron: 1,3 sin espumar y 0,5 espumado.
Ejemplo 4
El material de PET G se expuso a presión en condiciones similares a las de los Ejemplos 2 y 3. El material se espumó subsiguientemente en agua a 96ºC. La densidad relativa del material resultante fue 1,25 sin espumar y 0,17 espumado.
Aunque la presente invención se ha descrito en términos de formas de realización específicas, se pueden llevar a cabo cambios y modificaciones sin separarse del alcance de la invención que se pretende que esté limitada solamente por el alcance de las reivindicaciones anejas.

Claims (41)

1. Procedimiento para espumar materiales polímeros, que comprende las etapas siguientes:
(a) intercalar un artículo de material polimérico con unos medios de canalización de gas;
(b) exponer al artículo intercalado, a presión elevada, a un gas no reactivo, que es soluble en el polímero, durante un tiempo suficiente para lograr una concentración deseada de gas en el polímero, formando de este modo un artículo polímero expuesto que está por lo menos parcialmente saturado de gas;
(c) separar el artículo de polímero expuesto de los medios de canalización de gas intercalados; y
(d) calentar suficientemente el artículo de polímero expuesto para iniciar la nucleación de las burbujas y para lograr el crecimiento deseado de burbujas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se intercala una pluralidad de artículos con unos medios de canalización de gas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de enfriamiento del artículo de polímero tras la nucleación y crecimiento de burbujas.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo polímero es una lámina continua plegada de manera festonada.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo polímero es un apilamiento de láminas polímeras.
6. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo polímero es un rollo de material polímero.
7. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que los medios de canalización de gas comprenden una lámina de material flexible, permeable al gas.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el material flexible, permeable a gas, es una hoja de papel poroso.
9. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que los medios de canalización de gas son material en partículas.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la nucleación y crecimiento de burbujas se inicia calentando al artículo de polímero expuesto por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero expuesto.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la nucleación y crecimiento de burbujas se inicia moviendo por tracción al artículo de polímero expuesto a través de unos medios de calentamiento seleccionados de entre el grupo constituido por baños líquidos calientes, gas o gases calientes, y calefactores radiantes.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el artículo de polímero expuesto se mantiene en tensión mientras se mueve por tracción a través de los medios de calentamiento.
13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la nucleación y crecimiento de burbujas se terminan enfriando el artículo de polímero expuesto.
14. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo de polímero se selecciona de entre el grupo constituido por poliestireno, cloruro de polivinilo, policarbonato, PMMA, copolímeros de ABS, y poli(tereftalato de etileno).
15. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el gas no reactivo se selecciona de entre el grupo constituido por nitrógeno, dióxido de carbono y aire.
16. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el artículo de polímero es poli(tereftalato de etileno), y el gas no reactivo es dióxido de carbono.
17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que los medios de canalización de gas son una lámina de material flexible, permeable al gas.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que el material permeable al gas es una hoja de papel poroso.
19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el artículo intercalado se expone a dióxido de carbono a una presión comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 0,34 MPa y aproximadamente 9,65 MPa (1400 psi).
20. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que el artículo intercalado es expuesto a dióxido de carbono durante un período comprendido entre aproximadamente 3 y aproximadamente 100 horas.
21. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la nucleación y crecimiento de burbujas se inician calentando al artículo de polímero expuesto hasta una temperatura comprendida en el intervalo de aproximadamente 80ºC y aproximadamente 200ºC.
22. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la nucleación y crecimiento de burbujas se paralizan enfriando el artículo de polímero expuesto.
23. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el enfriamiento se logra moviendo por tracción el artículo de polímero a través de unos medios de enfriamiento.
24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el enfriamiento del artículo de polímero se logra moviendo por tracción el artículo de polímero a través de aire frío.
25. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el enfriamiento del artículo de polímero se logra moviendo por tracción el artículo de polímero a través de agua fría.
26. Aparato para espumar materiales polímeros, que comprende:
(a) unos medios de canalización de gas que se intercalan entre las capas de un artículo de polímero, para formar un artículo intercalado;
(b) unos medios para saturar al artículo intercalado con un gas no reactivo que es soluble en el polímero;
(c) unos medios para calentar el polímero para iniciar la nucleación de burbujas y el crecimiento de burbujas;
(d) unos medios para enfriar el polímero para terminar la nucleación de burbujas y el crecimiento de burbujas;
(e) unos medios para montar el artículo intercalado saturado próximo a los medios de calentamiento y de enfriamiento;
(f) unos medios para separar al artículo de polímero de los medios de canalización de gas intercalados;
(g) unos medios para mover por tracción al artículo de polímero separado a través de los medios de calentamiento y de enfriamiento; y
(h) unos medios para someter a tensión el artículo de polímero antes de moverlo por tracción a través de los medios de calentamiento y de enfriamiento.
27. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de canalización de gas comprenden un material flexible, permeable al gas.
28. Aparato según la reivindicación 27, en el que los medios de canalización de gas comprenden una hoja de papel poroso.
29. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de canalización de gas son material en partículas.
30. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de saturación de gas son una vasija a presión.
31. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de calentamiento se seleccionan de entre el grupo constituido por baño líquido caliente, gas o gases calientes, y calefactores radiantes.
32. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de enfriamiento son un baño de agua fría.
33. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de tracción comprenden dos rodillos que enganchan el extremo del artículo de polímero y giran en direcciones opuestas.
34. Aparato según la reivindicación 26, en el que los medios de montaje comprenden un huso.
35. Estructura polímera que comprende:
(a) una pluralidad de artículos polímeros espumables conformados;
(b) unos medios de canalización de gas intercalados entre dichos artículos polímeros, estando dichos artículos polímeros al menos parcialmente saturados con un gas a presión elevada, no teniendo lugar ninguna nucleación de burbujas en el material polímero.
36. Estructura polímera según la reivindicación 35, en la que el artículo es una lámina afestonada, plegada, con unos medios de canalización de gas entre las superficies de láminas adyacentes.
37. Estructura polímera según la reivindicación 35, en la que el artículo es un rollo de película polímera, con unos medios de canalización de gas intercalados entre los rollos de película.
38. Estructura polímera según la reivindicación 36 ó 37, en la que el material intercalado es hojas de papel poroso.
39. Estructura polímera según la reivindicación 35, en la que el material polímero se selecciona de entre el grupo constituido por PET, polisulfona, copolímero de estireno-butadieno, poliestireno, PVDC, poliamidas, y policarbonato.
40. Estructura polímera según la reivindicación 35, en la que el material polímero está saturado con un gas seleccionado de entre el grupo constituido por dióxido de carbono, aire, argón y nitrógeno.
41. Estructura polímera según la reivindicación 35, en la que el material intercalado se selecciona de entre el grupo constituido por material en partículas, material no tejido poroso y material tejido.
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